電源モジュールについてさらに詳しく: 設計原則、仕様、アプリケーション、および当社の推奨事項

 

パワーモジュールは、現代の電子システムにおいて重要な役割を果たしており、幅広いアプリケーションで安定した効率的な電力変換を提供します。 この記事では、パワーモジュールの設計原理、仕様、およびアプリケーションを探り、FSPのトップパワーモジュール推奨事項で締めくくります。

 

デザインの原則

パワーモジュールは基本的に、パワー半導体(窒化ガリウムや炭化ケイ素など)、制御回路(デジタルまたはアナログ)、および受動部品(インダクタ、トランス、コンデンサなど)を1つのパッケージに組み合わせた統合電源です。 ここでは、基本的な設計原則をいくつか紹介します。

統合:

電源モジュールは複数のコンポーネントを統合しているため、外部回路の必要性が減少します。 これにより、システムの設計と管理が簡素化され、信頼性、EMCコンプライアンス、およびシステムの柔軟性が向上します。

効率:

効率的な電力変換が重要です。 優れたモジュール設計により、スイッチング損失と導通損失が最小限に抑えられ、幅広い負荷条件で高い効率を実現します。 80PLUS®効率基準やEUエネルギー効率要件など、最新の省エネ基準とテストガイドラインに準拠する必要があります。

熱管理:

安全性に制約のある多様な産業環境で動作するシステムにパワーモジュールを取り付ける場合、効果的な熱設計を確保することが重要です。 通常、モジュールの動作温度範囲は-40°C〜70°Cで、ディレーティングカーブまたは追加のエアフローがあります。 効率的な電源トポロジーとコンポーネントのディレーティングガイドラインは、効果的な熱管理の鍵です。

保護機能:

電源モジュールは、過電流、過電圧、過熱保護などの保護機能を統合して、モジュールと接続されたシステムコンポーネントの損傷を防ぎます。

並列動作:

モジュールに冗長設計が含まれている場合は、並列実行をサポートするためのORデバイスと回路を含める必要があります。 並列運転により、システムの可用性と信頼性が向上し、電力出力も増加します。 この機能は、トレーニングや推論用の AI サーバーなど、ミッションクリティカルなアプリケーションにとって特に重要です。

デジタル通信:

電源モジュールは、システムと通信して動作および通信できる必要があり、モジュールをシステムの重要なコンポーネントとして監視および制御し、システムボード管理コントローラー(BMC)とその通信プロトコルによって管理できるようにします。

デジタル制御:

デジタル通信の拡張機能として、電源モジュールはシステム管理からコマンドを受信し、結果と関連するアクティビティに応答する準備ができている必要があります。 たとえば、PSUのファンはシステムの熱要件に基づいて制御したり、システムのピーク負荷のためにより高い電力出力を提供したりできます。

取り付けが簡単:

電源モジュールは、簡単に抜き差しできるか、数本のネジで固定できる必要があります。 これにより、販売後のシステムのメンテナンスが容易になります。

 

仕様

パワーモジュールの主な仕様を見てみましょう。

電圧定格:

電源モジュールは特定の電圧で動作しますtageレベル(12V、24V、48Vなど)。 定格電圧は、さまざまなアプリケーションとの互換性を決定します。

定格電流:

モジュールが処理できる最大電流。 より高い電流定格は、サーバー、AIまたはグラフィックスアプリケーション、および産業機器に適しています。

障害アラート:

PSUの監視は、これまで以上に重要になっています。 障害はアラームを発し、PSUのブラックボックスまたはシステムに記録する必要があります。 アラームには、TTL信号によるアナログアラームとデジタルステータスビット認識の2種類があります。

効率:

効率は通常、パーセンテージで表され、モジュールが入力電力を出力電力に変換する能力を表します。

絶縁:

一部の電源モジュールは、入力と出力の間にガルバニック絶縁を提供します。 これは、安全性とノイズ耐性に不可欠です。

メカニズムサイズ:

パワーモジュールの設計仕様を定義するとき、メカニズム要件は実際には最初に定義しなければならないトピックです。 これは、マーケティングアプリケーション、最新のテクノロジー、およびシステムに関する考慮事項に関連しています。

 

申し込む

パワーモジュールは、さまざまな分野で使用されています。

サーバー:

サーバーシステムでは、信頼性と効率的な電源供給を保証するために電源モジュールが使用されます。 これらは、電力効率と信頼性が重要な高性能サーバーでは特に重要です。

データセンター:

電源モジュールはデータセンター機器で使用されます。 これらは、多くの電力を消費するデータセンターにとって重要な問題であるエネルギー効率の改善に役立ちます。 さらに、前述のように、電源モジュールはデジタル通信による電力監視をサポートする必要があります。

通信機器:

電源モジュールは、特に電力基地局、ルーター、およびネットワークスイッチの通信における電圧レベルを上げたり下げたりします。

産業用アプリケーション:

メカニズムサイズ、デジタル監視、および電源の冗長性を備えた電源モジュールは、産業オートメーション、エッジコンピューティング、およびミッションクリティカルな機器に最適です。

 

FSPの推奨事項:

FSPの共通冗長電源(CRPS)は、エッジサーバー、コアデータセンター、AIセンターなどのさまざまなアプリケーション向けに設計された一般的な電源モジュールです。 ここでは、いくつかの特定のモデルとそれに対応するアプリケーションを示します。

FNシリーズ:

このモデルは、電気通信市場向けに設計されています。 ACフルレンジと240Vdc入力があり、NEBSをサポートしています。 NEBSは、高いシステム信頼性と高いEMC性能を備えた通信機器の汎用規格です。

FLシリーズ:

このモデルは、通信市場向けにも設計されています。 -48V入力とフロントエンドおよびバックエンド設計(ファンブローインまたはブローアウト)を備えています。

FMまたはHMシリーズ:

このモデルは、コアデータセンターとクラウドデータセンター向けに設計されています。 ACフルレンジと240Vdc入力、フロントエンドとバックエンドの設計(ファンのブローインまたはブローアウト)を備えています。 最大3000Wの均質性係数を持ち、3250Wのモジュールが近日公開予定です。

FHシリーズ:

このモデルは、コアデータセンターとクラウドデータセンターの両方向けに設計されています。 336Vdcまたは277Vacの入力を備えており、新しいデータセンターの要件を満たします。

 

これらのモデルは、高効率、デジタル通信バス、ホットスワップ機能を備えた並列動作など、上記の電源モジュールの設計原則に準拠するように設計されています。 FSPグループは、300Wから3000Wまでのパワーモジュールを提供しています。 これらは、ストレージサーバー、エッジサーバー、データセンター、AIサーバー、GPUサーバー、IPCコントローラー、テレコムサーバーなど、さまざまなアプリケーションに最適です。 モデルの選択は、特定のシステム展開要件によって異なります。

 

結論

パワーモジュールは、現代の電子機器に不可欠なコンポーネントです。 その高度に統合された設計、高効率、およびデジタル機能により、幅広いアプリケーションに最適です。 テクノロジーの進歩に伴い、パワーモジュールは、接続された世界を形作る上で重要な役割を果たし続けるでしょう。

電圧、電流、効率、およびデジタル特性を考慮して、特定の要件を満たす電源モジュールを選択することを忘れないでください。 FSPのウェブサイトをご覧ください https://www.fsp-group.com/jp/product/IPCPSU.html 業界最高のパワーモジュールソリューションであるFSP CRPSの機械的および機能的仕様の詳細をご覧ください。